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Enzymregulation - Einführung

Regulation der Enzymaktivität

Abb.1

Enzymkatalysierte Reaktionen finden nicht in einer isolierten Umgebung statt. Vielmehr sind Enzyme Bestandteile komplexer physiologischer Reaktionswege, die aus vielen unterschiedlichen Schritten bestehen und an denen deshalb eine Reihe unterschiedlichster Reaktionspartner teilnehmen; mit die bekanntesten Beispiele für solche komplexen Stoffwechselwege sind die Glycolyse, die Photosynthese und die Synthese bzw. der Abbau von Fettsäuren. Die folgende Tabelle soll einen Eindruck der Vielzahl an Reaktionspartnern und Reaktionen vermitteln, die in einer Zelle reguliert werden müssen.

Tab.1
Vorgänge in einer Zelle verschiedener Spezies
Bakterien (z.B. E. coli)Hefen (z.B. Saccharomyces cerevisiae)Mensch
Anzahl der Gene ca. 4.600 ca 8.000 ca. 20.000-25.000
Anzahl unterschiedl. Proteine/Zelle ca. 3.000 ca. 5.000 ca. 10.000
Durchschnittl. Kopienzahl/Molekülspezies 4-10 4-10 4-10
Max. Konzentration einer Molekülspezies unter mM unter mM unter mM
Metabolitmolekülarten/Zelle ca. 300 ca. 1.000 ca. 1.000
Konzentration der Metaboliten µM bis ~ 10 mM µM bis ~ 10 mM µM bis ~ 10 mM

Für das Überleben der Zelle ist es außerdem wichtig, dass die Konzentration der Metaboliten streng kontrolliert wird. In der Zelle wird daher in der Regel nur ein sehr enger Konzentrationsbereich toleriert. Die Aktivität eines jeden Enzyms, das an diesen Stoffwechselwegen beteiligt ist, steht deshalb in engem Zusammenhang mit vorangegangenen und nachfolgenden Reaktionen und unterliegt daher verschiedenen Regulationsmechanismen. Kontrolliert werden vor allem Konzentration und Konformationszustand der Enzyme; dies geschieht auf verschiedenen Wegen, die sich durch unterschiedliche Geschwindigkeit und Zugriffsmöglichkeiten auszeichnen.

Neben der Bildung von Multienzymkomplexen als Mittel zur räumlichen Zusammenlagerung von Enzymen, die an einem Stoffwechselweg beteiligt sind, ist, als Sonderfall gewissermaßen, die in Zellen übliche räumliche Kompartimentierung als Einflussfaktor auf die Enzymaktivität zu nennen, da sie ein leichteres Zusammenfinden der Reaktionspartner ermöglicht.

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